Rutgers และ IBM รายงานการควบคุมป้อนกลับแบบเรียลไทม์ครอบคลุม 100 คิวบิต

นักวิจัยจาก Rutgers, IBM และสถาบันพันธมิตรหลายแห่งระบุว่า พวกเขาได้สาธิตการป้อนกลับเชิงควอนตัมแบบเรียลไทม์ได้มากถึง 100 คิวบิต โดยใช้การวัดและรีเซ็ตซ้ำๆ ขณะที่ตัวประมวลผลยังทำงานต่อเนื่อง ตามประกาศระบุว่า งานนี้ดำเนินการบนตัวประมวลผล IBM Quantum Heron 156 คิวบิต และอธิบายไว้ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Nature Physics ผลลัพธ์ดังกล่าวตอบโจทย์ข้อกำหนดหลักของควอนตัมคอมพิวเตอร์แบบทนต่อความผิดพลาด นั่นคือความสามารถในการเฝ้าติดตามบางส่วนของระบบและแทรกแซงซ้ำๆ โดยไม่ต้องหยุดการคำนวณ

สิ่งที่มีการประกาศ

ทีมวิจัยระบุว่าได้ใช้สายโซ่คิวบิตที่เชื่อมต่อกันสูงสุด 100 คิวบิตบนฮาร์ดแวร์ Heron ของ IBM เพื่อทดสอบว่าตัวประมวลผลควอนตัมสามารถสลับไปมาระหว่างพฤติกรรมสองแบบได้แบบเรียลไทม์หรือไม่ ได้แก่ การทำให้ข้อมูลกระจายตัวไปทั่วคิวบิตข้างเคียง และการวัดจากนั้นรีเซ็ตคิวบิตรายตัวเพื่อกดการกระจายตัวดังกล่าว

ตามรายงาน การทดลองนี้เกี่ยวข้องกับปฏิบัติการสองคิวบิตเกือบ 5,000 ครั้ง และการวัดกับการรีเซ็ตเกือบ 5,000 ครั้งโดยรวม นักวิจัยอธิบายว่านี่คือการสาธิตการควบคุมด้วยการป้อนกลับประเภทนี้ที่ประสบความสำเร็จและมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา

รับจดหมายข่าว DesignQuantum

ข่าวและบทความอธิบายด้านควอนตัมคอมพิวติงฟรี ทุกข้อความอ้างอิงมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา เลือกรับรายวัน รายสัปดาห์ หรือรายเดือน

Website

อีเมล ความถี่รายวันรายสัปดาห์รายเดือน ภาษาEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית สมัครรับฟรี

ฟรี ยกเลิกการรับได้ทุกเมื่อด้วยคลิกเดียว นโยบายความเป็นส่วนตัว

Jedediah Pixley ศาสตราจารย์จาก Rutgers และหนึ่งในผู้เขียนอาวุโส กล่าวว่า วงการนี้จำเป็นต้องทำการตรวจสอบและแก้ไขลักษณะนี้หลายครั้งระหว่างการคำนวณ จึงจะไปถึงระดับทนต่อความผิดพลาดได้ Maika Takita ผู้เขียนอาวุโสจาก IBM กล่าวว่า ความท้าทายคือการวัดซ้ำๆ ในขณะที่ส่วนที่เหลือของตัวประมวลผลยังคงทำงานอยู่ แทนที่จะหยุดทั้งระบบ

รายละเอียดทางเทคนิค

การทดลองนี้สร้างการแข่งขันระหว่างกระบวนการสองแบบ กระบวนการหนึ่งทำให้ข้อมูลกระจายตัวในหมู่คิวบิตข้างเคียง ก่อให้เกิดพลวัตที่สับสนวุ่นวายมากขึ้นเรื่อยๆ อีกกระบวนการหนึ่งวัดคิวบิตที่เลือกไว้และรีเซ็ตคิวบิตเหล่านั้น ผลักระบบไปสู่สถานะที่เป็นระเบียบซึ่งนักวิจัยกำหนดขึ้น

เมื่อปรับความถี่ที่แต่ละกระบวนการเกิดขึ้น ทีมวิจัยสังเกตเห็นพฤติกรรมแบบมีค่าขีดแบ่ง เมื่อการกระจายตัวเกิดขึ้นมากกว่าครึ่งหนึ่งของเวลา ระบบจะยังคงอยู่ในภาวะสับสนวุ่นวาย แต่เมื่อการตรวจสอบและรีเซ็ตมีอิทธิพลเหนือกว่า ระบบจะเคลื่อนไปสู่ระบอบที่เป็นระเบียบและควบคุมได้ ใกล้จุดที่ทั้งสองฝั่งสมดุลกัน การเปลี่ยนอัตราของสองกระบวนการเพียงเล็กน้อยก็ทำให้ระบบเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน

ตามคำอธิบายของนักวิจัย การเปลี่ยนแปลงอย่างเฉียบคมนั้นสอดคล้องกับภาพของการเปลี่ยนเฟส กล่าวคือ ระบบควอนตัมสลับโดยรวมจากความสับสนวุ่นวายไปสู่การควบคุม Haining Pan ผู้เขียนร่วมลำดับแรก กล่าวว่า การเปลี่ยนผ่านดังกล่าวมีความชัดเจนมากขึ้นเมื่อทีมศึกษาระบบที่มีขนาดใหญ่ขึ้น และข้อมูลจากการทดลองก็สอดคล้องกับความคาดหมายทางทฤษฎี

รายงานยังอธิบายด้วยว่าเหตุใดผลลัพธ์นี้จึงสำคัญต่อการแก้ไขข้อผิดพลาด ข้อมูลควอนตัมไม่สามารถคัดลอกได้โดยตรง และการวัดอาจรบกวนสถานะที่กำลังถูกคำนวณอยู่ ดังนั้น เครื่องแบบทนต่อความผิดพลาดที่ใช้งานได้จริงจึงต้องสามารถตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดซ้ำๆ พร้อมกับคงรักษาข้อมูลที่เข้ารหัสไว้

เหตุใดจึงสำคัญ

ประกาศนี้วางกรอบผลลัพธ์ดังกล่าวว่าเป็นทั้งการสาธิตทางฟิสิกส์และหมุดหมายด้านวิศวกรรมระบบ ในด้านฟิสิกส์ มันสนับสนุนคำทำนายทางทฤษฎีที่ว่าการแทรกแซงซ้ำๆ สามารถขับให้เกิดการเปลี่ยนผ่านจากพลวัตควอนตัมที่ควบคุมไม่ได้ ไปสู่ระบอบที่เป็นระเบียบและควบคุมได้ ในด้านฮาร์ดแวร์ มันแสดงให้เห็นว่าฮาร์ดแวร์ตัวนำยวดยิ่งในปัจจุบันสามารถประสานการทำงานของเกตควอนตัม การวัด และการรีเซ็ตได้หลายพันครั้งบนอุปกรณ์ขนาดใหญ่

อย่างไรก็ตาม นั่นไม่ได้หมายความว่าควอนตัมคอมพิวเตอร์แบบทนต่อความผิดพลาดได้เกิดขึ้นแล้ว รายงานระบุไว้อย่างชัดเจนว่า ยังไม่มีใครสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์แบบทนต่อความผิดพลาดได้สำเร็จ แต่ความสามารถในการทำวงจรการวัดและรีเซ็ตซ้ำๆ ในระดับขนาดใหญ่ เป็นหนึ่งในองค์ประกอบด้านการทำงานที่ระบบลักษณะนี้จำเป็นต้องมี

สิ่งที่ต้องจับตา

คำถามถัดไปคือเทคนิคแบบนี้จะต่อยอดไปสู่โพรโทคอลการแก้ไขข้อผิดพลาดแบบเต็มรูปแบบได้อย่างไร แทนที่จะเป็นการทดลองฟิสิกส์ที่ควบคุมเงื่อนไขไว้ งานวิจัยนี้ชี้ว่า ความสามารถด้านวงจรพลวัตของ IBM สามารถรองรับลำดับการปฏิบัติการที่สลับกันเป็นชุดยาวบนกลุ่มย่อยคิวบิตขนาดใหญ่ได้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสาธิตลอจิคัลคิวบิตในอนาคต

ความร่วมมือนี้มีนักวิจัยจาก Rutgers, IBM, the City College of New York, the CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University และ Louisiana State University ตามที่ประกาศรายงานไว้ ตัวประมวลผลดังกล่าวทำให้ทีมสามารถศึกษาระบบที่มีขนาดใหญ่กว่าราว 2 โหลคิวบิต ซึ่งเป็นขนาดที่พวกเขาสามารถจำลองได้บนคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมอย่างมาก